plattektonik och kontinentaldrift

Ett undervisningsmaterial för grundskolanshögstadium och för gymnasiet, producerat av Åke Johansson, Naturhistoriska riksmuseet,

i samarbete med Geologins Dag.

Jordklotets byggnad

JordskorpanJordskorpan är det tunna fasta yttre skalet på vår planet.

Under jordskorpan finns manteln. Denna består i huvudsak av fasta bergarter, men genom hettan och trycket blir dessa plastiska (ungefär som deg eller glaciäris) och kan röra sig runt i långsamma strömmar.

MantelnJordskorpan är det tunna fasta yttre skalet på vår planet.

Under jordskorpan finns manteln. Denna består i huvudsak av fasta bergarter, men genom hettan och trycket blir dessa plastiska (ungefär som deg eller glaciär-is) och kan röra sig runt i långsamma strömmar.

KärnanJordskorpan är det tunna fasta yttre skalet på vår planet.

Längst in finns kärnan, som består av järn och nickel. Den yttre kärnan är flytande, den inre däremot fast pga det höga trycket. I kärnan bildas jordens magnetfält.

Oceanskorpan är mycket tunn, bara 5-10 km tjock. Den består främst av tunga järn- och magnesiumrika bergarter (gabbro, diabas och basalt), med ett tunt lager sediment på toppen.

Tunn oceanskorpaDet finns två typer av jordskorpa.

Kontinentskorpan är mycket tjockare, mellan 30 och 70 km, men samtidigt lättare, eftersom den domineras av lättare kiselrika bergarter, såsom granit.

Tjock kontinentalskorpa

Rörelser i jordskorpan

Figur från U.S Geoligcal Survey

Oceanskorpan nybildas ständigt längs de mitt-oceana ryggarna, vulkaniska undervattensbergskedjor på havsbottnen. Därifrån rör sig oceanskorpan utåt åt båda hållen med några centimeter per år, driven av långsamma s.k. konvektionsströmmar i den underliggande heta manteln.

Den yttersta energikällan för dessa rörelser är radioaktivt alstradvärme i jorden inre.

Figur från U.S Geoligcal Survey

Mitt-oceana ryggar

När oceanskorpan når kontinentens kant pressas den tillbaka ner i manteln längs en s.k. subduktionszon. I själva havsbottnen bildas en djuphavs-grav längsmed subduktionszonen. Nere i manteln smälter oceanskorpan upp eller blandas med mantelns bergarter. Ovanför subduktionszonen bildas en serie vulkaner där uppsmält material tränger upp till jordytan.

Ett exempel är Anderna med sina vulkaner.

Figur från U.S Geoligcal Survey

Subduktionszoner

Ibland sker subduktionen i stället en bit från kontinenten, och då bildas en vulkanisk öbåge i oceanen utanför kontinenten. Ett exempel är Japan.

Figur från U.S Geoligcal Survey

Genom att oceanskorpan ständigt nybildas och förstörs finns ingen oceanskorpa äldre än ca 250 miljoner år bevarad. All tidigare ocean-skorpa har försvunnit ner i manteln och förstörts.

Den kontinentala jordskorpan är mycket tjockare och består till sin huvuddel av granitiskt material, som är för lätt för att sjunka tillbaka i manteln. Kontinenterna fungerar därför ungefär som stora isflak, som flyter ovanpå oceanskorpan och manteln.

Figur från U.S Geoligcal Survey

Kontintenterna flyter

Kontinenternas bergarter är i genomsnitt betydligt äldre än oceanskorpan. De äldsta delarna är så gamla som 4 miljarder år, nästan lika gamla som jordklotet (som är 4,5 miljarder år gammalt).

Figur från U.S Geoligcal Survey

Gamla kontinenter …

Men delar av kontinenterna är betydligt yngre. Längs vulkankedjorna och de vulkaniska öbågarna utmed kontinenternas kanter skapas hela tiden ny kontinentskorpa.

Figur från U.S Geoligcal Survey

… med unga kanter

Innebär det att kontinenterna verkligen växer och blir större med tiden?

Det är en omdebatterad fråga. Eventuellt uppvägs denna nytillväxt av sådant material som eroderas från kontinenterna ner i havet, och som sedan försvinner tillbaka ner i manteln i någon subduktionszon igen.

?

Plattektonik

Jordskorpan är uppdelad i sju stora plattor, och en handfull mindre. De flesta stora plattorna består av en kärna av kontinentskorpa, omgiven av oceanskorpa. Stilla Havsplattan består dock bara av oceanskorpa.

Plattorna består egentligen av jordskorpan plus den övre, fasta delen av manteln, vilka tillsammans kallas lithosfären. De rör sig i förhållande till varandra med hastigheter på några centimeter om året.

Rörelserna drivs av långsamma strömmar i den underliggande, plastiska delen av manteln, kallad asthenosfären.

• Plattornas rörelser kallas med ett finare ord för plattektonik (ordet tektonik har med rörelser i jordskorpan att göra).

• Plattektoniken ger upphov till kontinenternas ständigt pågående rörelser, den s.k. kontinentaldriften.

Mer om plattektonik och kontinentaldrift

Begreppet kontinentaldrift myntades av meteorologenAlfred Wegener, som i en bok år 1912 föreslog attkontinenterna rörde sig ungefär som isflak, och en gånghade suttit samman i en enda superkontinent, kallad’Pangaea’ (”allt land” på grekiska).

Alfred Wegener

• Få samtida geologer trodde på Wegeners teori om kontinentaldrift.

• På 1960-talet ledde dock undersökningar av havs-bottnarnas struktur till att oceanbottenspridningen upptäcktes. Därmed lades grunden för den moderna plattektoniska teorin, som givit en förklaring till hur kontinenterna rör sig.

• Denna teori gör att en lång rad geologiska fenomen, såsom jordbävningar och vulkanism, malmbildning och bildning av höga bergskedjor kan sättas in i sitt sammanhang. På så sätt har vi fått en samman-hängande bild av hur planeten Jorden fungerar.

Genomslag på 1960-talet

Kollisioner, vulkaner och höga berg…

En karta över världens vulkaner (röda trianglar) och jordbävningscentra (svarta prickar) visar att dessa till största delen är belägna längs skarvarna mellan jordskorpans plattor (gula linjer), som är svaghetszoner i jordskorpan.

Här kan het magma tränga upp från jordens inre, och plattornas rörelser ger upphov till jordskalv i berggrunden.

Kartan är hämtad från http://www.pbs.org/wgbh/nova/teachers/activities/images/2515_vesuvius_map2.gif

Vulkaner och jordbävningar

Utmed spridningszonerna längs de mittoceana ryggarna driver plattorna isär och ny oceanbotten bildas. De mittoceana ryggarna löper som ett nätverk av undervattensbergskedjor på oceanernas botten.

Ny oceanbotten

Längs subduktionszoner utmed kontinenternas kanter försvinner denna oceanskorpa ner i manteln igen. Det största systemet av subduktionszoner finns runt Stilla Havet, den s.k. Eldsringen med alla sina vulkaner.

Oceanskorpa som ”försvinner”

Om två kontinenter kolliderar längs en kollisionszon, veckas kontinenternas kanter samman och en hög bergskedja bildas. Det tydligaste exemplet är det system av bergskedjor som från Alperna löper österut till Himalaya, och som avspeglar Afrikas, Arabiens och Indiens pågående kollision med den stora Eurasiska plattan.

Kontinentkrockar

Ytterligare en typ av plattgräns finns, en s.k. snedförkastning eller transform förkastning, där två plattor rör sig i sidled förbi varandra. Det mest kända exemplet är San Andreas-förkastningen i Kalifornien.

Kontinenter som ”skaver” mot varandra

Den plattektoniska cykeln

Plattektoniken kan beskrivas som ett cykliskt förlopp, den plattektoniska cykeln.

Till att börja med börjar en kontinent spricka upp längs en s.k. riftdal, ett system av djupa dalgångar och grav-sänkor, ofta fyllda med långsträckta sjöar. Längs riftdalen förekommer också aktiv vulkanism.

Ett modernt exempel är den Öst-afrikanska riftdalen (Rift Valley), där Afrika håller på att spricka itu. Denna övergår norrut i en smal nybildad havsarm, Röda havet.

Att en kontinent spricker itu kallas på engelska för ”rifting”.

Röda havet

Östafrikanskariftdalen

Lake Tanganyika och omgivande sjöar i den Östafrikanska riftdalen, sedda från rymden. Satellitfoto från NASA.

Lake Tanganyika

Den smala havsarmen vidgar sig med tiden till en bred ocean, exempelvis Atlanten.

Längsmed denna löper en mitt-ocean rygg, t.ex. den Mittatlantiska ryggen, där ny oceanskorpa bildas.

På så sätt vidgas Atlanten med ca 5 cm per år, och kontinenterna på ömse sidor (Nordamerika och Europa, eller Sydamerika och Afrika), driver allt längre från varandra.

Plattorna glider isär

På Island är vulkanismen extra kraftig, så kraftig att en stor ö har bildats. Tvärs över Island, från nordöst mot sydväst, löper den Mittatlantiska ryggen, gränslinjen mellan den Nordamerikanska och Eurasiska plattan.

Längs denna ligger Islands vulkaner. På bilden syns denna gränslinje i form av förkastningen Allmannagja vid Thingvellir.

Med tiden bildas djuphavsgravar och subduktionszoner vid oceanens kanter där oceanskorpan glider tillbaka ner i manteln.

Material som smälter tränger upp som magma och bildar en vulkankedja eller vulkanisk öbåge ovanför subduktions-zonen.

Där bildas ny kontinentskorpa. Så sker i våra dagar runt Stilla Havet, i Indonesien och i Karibiens övärld.

Djuphavsgravar och ny kontinentskorpa

Allteftersom subduktionen tar överhand över spridningen längs den mittoceana ryggen, så börjar oceanen krympa i bredd.

Det innebär att kontinenterna på ömse sidor närmar sig varandra igen.

Plattorna närmar sig varandra igen

Fuji, Japans heliga berg, visar den klassiska koniska vulkanformen, typisk för vulkaner ovanför subduktionszoner, såsom vulkanerna i ”Eldsringen” runt Stilla Havet.

Till sist sluts oceanen och försvinner helt, och kontinenterna på ömse sidor kolliderar med varandra.

En hög bergskedja bildas när unga vulkaniska bergarter och sediment avsatta på havsbotten skjuts upp på kontinentkanterna.

Bergskedjan består av en komplex blandning av unga vulkaniska och sedimentära bergarter, och gamla kontinentbergarter, hopveckade och överskjutna ovanpå varandra.

Unga, höga bergskedjor bildas …

… och vittrar ned

Med tiden eroderas bergskedjan ner och planas ut. Bara rötterna till den gamla bergskedjan är synliga i berggrunden.

Ofta tycks uppsprickning av kontinenten ske längs sådana gamla bergskedjor, och den plattektoniska cykeln kan starta på nytt.

Höga bergskedjor, som Alperna (bilden) och Himalaya, finns i områden med pågående kollision mellan olika plattor. Ett brett bälte med sådan pågående kollision löper från Medelhavsområdet genom Turkiet och Iran bort till Himalaya och Centralasien.

Dessa bergskedjor består av hoppressade, uppveckade och omvandlade bergarter av olika slag. På djupet kan granitmagma ha trängt in och stelnat till granit.

Vår fjällkedja utgör de nederoderade resterna från en tidigare kontinentkollision, när Grönland kolliderade med Skandinavien för 400 miljoner år sedan.

I vårt ”urberg” finns spåren efter ännu äldre kontinentkollisioner, rötterna till för länge sedan nederoderade bergskedjor. Bilden visar gnejs och granit från Härnön utanför Härnösand i Ångermanland.

Foto Thomas Lundqvist, SGU.

Karta från ”project PALEOMAP”: http://www.scotese.com/.

En föränderlig värld

Den moderna världen, med sitt mönster av kontinenter och oceaner som vi är vana att se den, är således bara en ögonblicksbild av en ständigt föränderlig världskarta.

Karta från ”project PALEOMAP”: http://www.scotese.com/.

Skandinavien

För 250 miljoner år sedan låg nästan alla kontinenter samlade i en enda superkontinent, kallad ’Pangaea’ (grekiska för ”allt land”).

Karta från ”project PALEOMAP”: http://www.scotese.com/.

Skandinavien

Ännu längre tillbaka i tiden, för över 500 miljoner år sedan, låg de sydliga kontinenterna samlade i superkontinenten ’Gondwana’. Skandinavien och nordöstra Europa (’Baltica’) var på väg norrut för att kollidera med Grönland och Nordamerika (’Laurentia’).

Karta från ”project PALEOMAP”: http://www.scotese.com/.

Skandinavien

Denna kollision inträffade för drygt 400 miljoner år sedan, och ledde bl.a. till att vår fjällkedja bildades. Skandinavien befann sig vid denna tid nära ekvatorn.

Karta från ”project PALEOMAP”: http://www.scotese.com/.

Skandinavien

Under karbon-tid, för ca 300 miljoner år sedan, kolliderade de sydliga och nordliga kontinenterna längsmed Appalacherna så att ’Pangaea’ bildades. Även i Centraleuropa bildades höga berg vid denna tid. I söder rådde samtidigt istid.

Karta från ”project PALEOMAP”: http://www.scotese.com/.

Skandinavien

För ca 250 miljoner år sedan, under den geologiska perioden Perm, låg kontinenterna maximalt samlade i en nord-sydlig superkontinent. I öster var dock det nuvarande Asien uppdelat i en rad separata mindre landmassor och vulkaniska öbågar.

Karta från ”project PALEOMAP”: http://www.scotese.com/.

Skandinavien

För 200 miljoner år sedan har Kina och Sydostasien börjat samla ihop sig i öster. Afrika skiljs från Asien och Europa av ett hav som kallas Tethys-havet. Medelhavet är en rest av detta hav.

Tethyshavet

Karta från ”project PALEOMAP”: http://www.scotese.com/.

Skandinavien

För 100 miljoner år sedan, mot slutet av perioden Krita, börjar ’Pangaea’ spricka upp. De sydliga kontinenterna skiljs åt, Indien börjar sin resa mot norr, Tethys-havet börjar slutas, och Atlanten börjar öppna sig.

Karta från ”project PALEOMAP”: http://www.scotese.com/.

Skandinavien

För 50 miljoner år sedan börjar vi känna igen vår tids kartbild. Atlanten vidgar sig. Afrika, Arabien och Indien närmar sig den stora Eurasiska kontinenten, Medelhavet är en rest av Tethys-havet. Ett grunt hav täcker stora delar av Ryssland och Centralasien (sådana grundhav är översvämmade delar av kontinenten, precis som Nordsjön och Östersjön idag).

Karta från ”project PALEOMAP”: http://www.scotese.com/.

Nu är vi framme vid den moderna världen igen. Indien har kolliderat med Eurasien, Afrika närmar sig Europa, och Australien är på väg norrut mot Sydostasien. Syd- och Nordamerika förenas av en smal landbrygga, medan Östafrika börjar spricka upp och Röda Havet öppnar sig.

Skandinavien

Karta från ”project PALEOMAP”: http://www.scotese.com/.

På Geologins Dags hemsida finns en animation över ’Pangaeas’ upp-sprickning, från 250 miljoner år till nutid, och sedan vidare 250 miljoner år in i framtiden, till en hypotetisk framtida superkontinent.

Till Geologins Dag: Från Pangaea till nutidens och framtidens värld

Skandinavien

Karta från ”project PALEOMAP”: http://www.scotese.com/.

’Pangaea’ var förmodligen bara den senaste i en rad av superkontinenter som existerat under Jordens långa historia.

Vi kan ana ett åter-kommande mönster av bergskedjeveckning och ansamling av jordens kontinenter till en superkontinent, vilken sedan spricker itu så att delarna driver isär.

Men ju längre tillbaka i tiden vi går, ju osäkrare blir rekonstruktionerna.

Nordamerika

Sydamerika

Europa

Bilden visar en rekonstruktion av superkontinenten ’Rodinia’, som antas ha existerat för ca 1000 till 600 miljoner år sedan.

Vår del av världen, ”Baltica” (nordöstra Europa), hängde förmodligen ihop med Nord-amerika (’Laurentia’), centrala Sydamerika (’Amazonia’), och Västafrika som delar i en ännu tidigare superkontinent, för ca 1800 till 1300 miljoner år sedan.

När Sverige var granne med Amazonas

Bilden visar en geologisk rekon-struktion, baserad på hur områden med berggrund av likartad ålder (samma färg på kartan), kan följas från kontinent till kontinent.

Naturhistoriska riksmuseet (Johansson 2009)

NRM:s faktasidor om geologi

SGU:s faktasidor om geologi

Geologins Dag:s hemsida

Project PALEOMAP.